Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики М 87. Это первое в истории изображение тени чёрной дыры, полученное напрямую в радиодиапазоне (Event Horizon Telescope)
Воспроизвести медиафайл Компьютерная симуляция слияния двух чёрных дыр, от которого впервые были зарегистрированы гравитационные волны
. . . . . . . . . . . Общая теория относительности
G
μ
ν
+
Λ
g
μ
ν
=
8
π
G
c
4
T
μ
ν
{\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }\,}
Гравитация
Математическая формулировка
Космология
Фундаментальные принципы
Специальная теория относительности ·
Пространство-время ·
Принцип эквивалентности ·
Мировая линия · Псевдориманово многообразие
Явления
Задача Кеплера в ОТО · Гравитационное линзирование · Гравитационная волна ·
Увлечение инерциальных систем отсчёта
Расхождение геодезических
Горизонт событий
Гравитационная сингулярность
Чёрная дыра · Белая дыра
Космологическая сингулярность
Гравитомагнетизм
Уравнения
Уравнения Эйнштейна · Космологическая постоянная · Линеаризованная ОТО · Постньютоновский формализм
Развитие теории
Параметризованный постньютоновский формализм · Теории типа Калуцы — Клейна ·
Квантовая гравитация ·
Альтернативные теории
Решения
Точные решения:
Шварцшильда ·
Райсснера — Нордстрёма · Керра ·
Керра — Ньюмена ·
Гёделя · Казнера ·
Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера
Приближённые решения:
Постньютоновский формализм · Ковариантная теория возмущений ·
Численная относительность
Журналы
General Relativity and Gravitation · Classical and Quantum Gravity · Гравитация и космология · Living Reviews in Relativity
Известные учёные
Эйнштейн · Минковский · Шварцшильд · Леметр · Эддингтон · Фридман · Фок · Керр · Чандрасекар · Пенроуз
Хокинг
и другие…
См. также: Портал:Физика
Чёрная дыра́ — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры.
Теоретически возможность существования таких областей пространства-времени следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна, первое из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. Изобретатель термина достоверно не известен, но само обозначение было популяризовано Джоном Арчибальдом Уилером и впервые публично употреблено в популярной лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное» (англ. Our Universe: the Known and Unknown) 29 декабря 1967 года. Ранее подобные астрофизические объекты называли «сколлапсировавшие звёзды» или «коллапсары» (от англ. collapsed stars), а также «застывшие звёзды» (англ. frozen stars).
Вопрос о реальном существовании чёрных дыр тесно связан с тем, насколько верна теория гравитации, из которой следует их существование. В современной физике стандартной теорией гравитации, лучше всего подтверждённой экспериментально, является общая теория относительности (ОТО), уверенно предсказывающая возможность образования чёрных дыр (но их существование возможно и в рамках других (не всех) моделей, см. Альтернативные теории гравитации). Поэтому наблюдаемые данные анализируются и интерпретируются, прежде всего, в контексте ОТО, хотя, строго говоря, эта теория пока не является интенсивно экспериментально протестированной для условий, соответствующих области пространства-времени в непосредственной близости от горизонта чёрных дыр звёздных масс (однако хорошо подтверждена в условиях, соответствующих сверхмассивным чёрным дырам, и с точностью до 94 % согласуется с первым гравитационно-волновым сигналом). Поэтому утверждения о непосредственных доказательствах существования чёрных дыр, в том числе и в этой статье ниже, строго говоря, следует понимать в смысле подтверждения существования астрономических объектов, таких плотных и массивных, а также обладающих некоторыми другими наблюдаемыми свойствами, что их можно интерпретировать как чёрные дыры общей теории относительности.
Кроме того, чёрными дырами часто называют объекты, не строго соответствующие данному выше определению, а лишь приближающиеся по своим свойствам к такой чёрной дыре — например, это могут быть коллапсирующие звёзды на поздних стадиях коллапса. В современной астрофизике этому различию не придаётся большого значения, так как наблюдаемые проявления «почти сколлапсировавшей» («замороженной») звезды и «настоящей» («извечной») чёрной дыры практически одинаковы. Это происходит потому, что отличия физических полей вокруг коллапсара от таковых для «извечной» чёрной дыры уменьшаются по степенным законам с характерным временем порядка гравитационного радиуса, делённого на скорость света — то есть за доли секунды для чёрных дыр звёздных масс и часы для сверхмассивных чёрных дыр.
10 апреля 2019 года впервые была «сфотографирована» сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли..
Различают четыре сценария образования чёрных дыр:
два реалистичных:
гравитационный коллапс (сжатие) достаточно массивной звезды;
коллапс центральной части галактики или протогалактического газа;
и два гипотетических:
формирование чёрных дыр сразу после Большого Взрыва (первичные чёрные дыры);
возникновение в ядерных реакциях высоких энергий.
Содержание 1 Предыстория 1.1 «Чёрная звезда» Мичелла (1784—1796)
1.2 От Мичелла до Шварцшильда (1796—1915) 2 Решения уравнений Эйнштейна для чёрных дыр 2.1 Теоремы об «отсутствии волос»
2.2 Решение Шварцшильда 2.2.1 Основные свойства
2.2.2 Метрическое описание и аналитическое продолжение 2.3 Решение Рейснера — Нордстрёма
2.4 Решение Керра
2.5 Решение Керра — Ньюмена 3 Термодинамика и испарение чёрных дыр
4 Падение в астрофизическую чёрную дыру
5 Модель на базе теории струн
6 Белые дыры
7 Чёрные дыры во Вселенной 7.1 Чёрные дыры звёздных масс
7.2 Сверхмассивные чёрные дыры
7.3 Первичные чёрные дыры
7.4 Квантовые чёрные дыры 8 Обнаружение чёрных дыр 8.1 Обнаружение сверхмассивных чёрных дыр 8.1.1 Непосредственные измерения размеров источников излучения
8.1.2 Метод отношения масса-светимость
8.1.3 Измерение скорости вращения газа
8.1.4 Измерение скорости микроволновых источников
8.1.5 Наблюдение траекторий отдельных звёзд
8.1.6 Наблюдение процессов приливного разрушения звёзд 8.2 «Фотографирование» чёрных дыр 9 Направления исследований в физике чёрных дыр 9.1 Неквантовые явления 9.1.1 Структура вращающихся чёрных дыр
9.1.2 Возмущения горизонта событий и их затухание
9.1.3 Столкновение чёрных дыр и излучение гравитационных волн
9.1.4 Возможность существования замкнутых времениподобных траекторий в пространстве-времени 9.2 Квантовые явления 9.2.1 Исчезновение информации в чёрной дыре
9.2.2 Свойства излучения Хокинга
9.2.3 Заключительные стадии испарения чёрной дыры
9.2.4 Спектр масс квантовых чёрных дыр
9.2.5 Взаимодействие планковских чёрных дыр с элементарными частицами 9.3 Астрофизические аспекты физики чёрных дыр 9.3.1 Мембранная парадигма
9.3.2 Аккреция вещества в дыру 10 Нерешённые проблемы физики чёрных дыр
11 Примечания
12 Литература
13 Ссылки
Черные дыры Урала